湘潭大学：《电力拖动自动控制系统》第二章 双闭环直流调速系统和调节器设计 （2.4-2.5）按工程设计方法设计双闭环系统的调节器、转速超调的抑制——转速微分负反馈

24按工程设计方法设计 双闭环系统的调节器 本节将应用前述的工程设计方法来设计转 速、电流双闭环调速系统的两个调节器。主 要内容为 系统设计对象 系统设计原则 系统设计步骤

2.4 按工程设计方法设计 双闭环系统的调节器 本节将应用前述的工程设计方法来设计转 速、电流双闭环调速系统的两个调节器。主 要内容为: 系统设计对象 系统设计原则 系统设计步骤

双闭环调速系统的实际动态结构图 与前述的图2-6不同之处在于增加了滤波环节, 包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的 滤波环节。其中:Ti—电流反馈滤波时间常数 1、系统设计对象 转速反馈滤波时间常数 转速、电流双闭环调速系统。 ults+IEe I 76/3 K。 R 小+ASRH1m+9ACR TS+ E or 图222双闭环调速系统的动态结构图

-IdL Ud0 Un + - - + - Ui ACR 1/R Tl s+1 R Tms U* i Uc Ks Ts s+1 Id 1 + Ce E  T0is+1 1 T0is+1 ASR 1 T0ns+1  T0ns+1 U* n n 转速、电流双闭环调速系统。 1、系统设计对象 图2-22 双闭环调速系统的动态结构图 双闭环调速系统的实际动态结构图 与前述的图2-6不同之处在于增加了滤波环节， 包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的 滤波环节。其中: T0i — 电流反馈滤波时间常数 T0n — 转速反馈滤波时间常数

2、系统设计原则 系统设计的一般原则: “先内环后外环” 从内环开始,逐步向外扩展。在这里,首 先设计电流调节器,然后把整个电流环看 作是转速调节系统中的一个环节,再设计 转速调节器

2、系统设计原则 • 系统设计的一般原则： “先内环后外环” 从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首 先设计电流调节器，然后把整个电流环看 作是转速调节系统中的一个环节，再设计 转速调节器

24.1电流调节器的设计 设计分为以下几个步骤: 1.电流环结构图的简化 2电流调节器结构的选择 3电流调节器的参数计算 4.电流调节器的实现

设计分为以下几个步骤： 1.电流环结构图的简化 2.电流调节器结构的选择 3.电流调节器的参数计算 4.电流调节器的实现 2.4.1 电流调节器的设计

典I型系统和典Ⅱ型系统的比较 K w(S) s(1+7s) 典Ⅰ型系统超调小、抗扰性能稍差. K(I S+I W(S) S2(7s+1) ■典工型系统超调较大、抗扰性能好

典Ⅰ型系统和典Ⅱ型系统的比较 • 典Ⅰ型系统超调小、抗扰性能稍差. (1 ) ( ) s Ts K W s + = ( 1) ( 1) ( ) 2 + + = s Ts K s W s  ◼ 典Ⅱ型系统超调较大、抗扰性能好

1.电流环结构图的简化 简化内容: 忽略反电动势的动态影响 忽略反电动势的动态影响 在按动态性能设计电流环时, 等效成单位负反馈系统 可以暂不考虑反电动势变化的 小惯性环节近似处理 动态影响,即△E≈0。这时,电 流环如下图所示。 Cs)「1 ∝ACR U(s)「K do(s/r la(s) TS+I 图2-23电流环的动态结构图及其化简

1. 电流环结构图的简化 简化内容： 忽略反电动势的动态影响 等效成单位负反馈系统 小惯性环节近似处理 忽略反电动势的动态影响 在按动态性能设计电流环时， 可以暂不考虑反电动势变化的 动态影响，即E≈0。这时，电 流环如下图所示。 Ud0(s) + - Ui (s) ACR 1/R Tl s+1 U* i (s) Uc (s) Ks Ts s+1 Id (s)  T0is+1 1 T0is+1 图2-23 电流环的动态结构图及其化简

等效成单位负反馈系统 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节 都等效地移到环内,同时把给定信号改成 U(s)/,则电流环便等效成单位负反馈系 统(图2-23b)。 U(S B Uc(S) K。/R ACR Tos+I (TS+1)(7s+1) 图223b

• 等效成单位负反馈系统 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节 都等效地移到环内，同时把给定信号改成 U* i (s) / ，则电流环便等效成单位负反馈系 统（图2-23b）。 + - ACR Uc (s) Ks /R (Ts s+1)(Tl s+1) Id (s) U* i (s)   T0is+1 图2-23b

小惯性环节近似处理 最后,由于T和T0一般都比T小得多,可以 当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节,其 时间常数为:7x1=7+ (2-55) 简化的近似条件为a≤ (2-56) 电流环结构图最终简化成图2-23c ACR (T+1)(TxS+1) 图223c

• 小惯性环节近似处理 最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以 当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其 时间常数为: T∑i = Ts + Toi (2-55) 简化的近似条件为 s oi ci 1 3 1 T T   (2-56) 电流环结构图最终简化成图2-23c。 + - ACR Uc (s) Ks /R (Tl s+1)(Ti s+1) Id U (s) * i (s)  图2-23c

2电流调节器结构的选择 典型系统的选择: ●从稳态要求上看,希望电流无静差,以得到理 想的堵转特性,由图2-23c可以看出,采用I型 系统就够了 ●从动态要求上看,实际系统不允许电枢电流在 突加控制作用时有太大的超调,以保证电流在 动态过程中不超过允许值,而对电网电压波动 的及时抗扰作用只是次要的因素,为此,电流 环应以跟随性能为主,应选用典型I型系统

2.电流调节器结构的选择 • 典型系统的选择： ⚫从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理 想的堵转特性，由图2-23c可以看出，采用 I 型 系统就够了。 ⚫从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在 突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在 动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动 的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流 环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统

电流调节器选择 图2-23c表明,电流环的控制对象是双惯性型的,要校正成典型I 型系统,显然应采用P型的电流调节器,其传递函数可以写成 K1(S+1) ACR(JS (2-57) T:S 式中K一电流调节器的比例系数; z;一电流调节器的超前时间常数。 为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消,选择 (2-58) 则电流环的动态结构图便成为图2-24a所示的典型形式,其中 K K1K、B T R (2-59)

• 电流调节器选择 s K s W s i i i ACR ( 1) ( )   + = （2-57） 式中 Ki — 电流调节器的比例系数； i — 电流调节器的超前时间常数。 图2-23c表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I 型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成 则电流环的动态结构图便成为图2-24a所示的典型形式，其中 i = Tl  （2-58） R K K K i i s I   = （2-59） 为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择